- 근육 조직과 혈관-스페로이드 동시 제작이 가능한 바이오프린팅 플랫폼 개발
- 바이오프린팅 인공근육 구조체의 혈관, 근육 형성 및 신경근접합부 형성 검증
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▲ 생체-칩 모델용 인공근육 구조체 제작 (자료=성균관대) |
이러한 문제점들을 해결하기 위해 성균관대학교(총장 유지범) 의학과 김근형 교수 연구팀은 마이크로-플루이딕, 바이오프린팅 플랫폼을 개발하여 배열된 근육조직에 세포 간 상호작용을 향상할 수 있는 혈관-스페로이드가 포함된 인공근육 구조체를 제작하였다.
연구팀은 인공근육 구조체 바이오프린팅 시 전기장 자극을 가하여 dECM-MA 바이오잉크에 포함된 세포의 배열을 유도하고, 세포막 이온 채널 등 생물학적 기능을 활성화하였다. 또한, 혈관-스페로이드를 통해 효과적인 혈관 및 근섬유 형성이 가능했다. 연구팀은 NMJ 생체-칩 모델을 통해 제작한 인공근육이 주변 신경세포의 축삭(axon) 유입과 NMJ 형성을 효과적으로 유도할 수 있음을 확인하였다. 연구팀은 또한, GelMA 및 콜라겐 두 종류 바이오잉크의 유변학적 특성 차이를 이용해 구슬이 바늘에 꿰인 형태인 ‘rosary shaped structure’ 신경-스페로이드가 포함된 인공근육을 제작하였다. 또한, 신경-스페로이드는 높은 생물학적 기능을 바탕으로 신경섬유와 근섬유뿐 아니라 NMJ 형성을 효과적으로 유도하였다.
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▲ (왼쪽부터) 성균관대 김근형 교수, 김원진 박사후연구원, 김주연 연구원보 (사진=성균관대) |
이번 연구 결과는 산업통상자원부 한국산업기술평가관리원 바이오산업핵심기술개발사업과 질병관리청 사업의 지원으로 수행되었으며, 응용화학공학 분야 국제 학술지인 Chemical Engineering Journal(IF: 15.1)과 응용물리학 분야 국제 학술지인 Applied Physics Reviews(IF: 19.5)에 7월 23일과 8월 14일에 각각 게재되었다.
* 논문명: Formation of various cell-aggregated structures in the core of hydrogel filament using a microfluidic device and its application as an in vitro neuromuscular junction model (2023. 7. 23.).
** 논문명: Bioprinting 3D muscle tissue supplemented with endothelial-spheroids for neuromuscular junction model (2023. 8. 14.).